钢的热处理工艺复习进程

钢的热处理工艺

切削件的硬度在170～230HB范围内，切削性能较好。

刀具具有较高的韧性时，不容易发生崩刃。切削件的硬度如何调整？刀具如何才能具有较高的韧性？季裂加工过程（铸、锻、焊、切削）产生的内应力如何消除加工过程中产生的内应力？热处理工艺分类:根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同分类退火正火淬火回火其他热处理普通热处理表面热处理热处理表面淬火—感应加热、火焰加热、电接触加热等化学热处理—渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等预备热处理与最终热处理机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）→预备热处理→机加工→最终热处理。预备热处理—为随后的加工或进一步热处理作准备的热处理。（退火与正火）最终热处理—赋予工件所要求的使用性能的热处理。（淬火）退火与正火工艺主要用于预备热处理，只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。

一、退火的定义

退火是将钢加热到低于或高于Ac1点以上温度，保持一定时间后缓慢地炉冷，以获得平衡态组织的热处理工艺。退火既可作为预备热处理，为最终热处理（淬火、回火、化学或表面热处理等）创造良好的组织条件或适于后续加工工艺性能的需要，也可作为钢的成品或半成品的最终热处理。二、退火的目的降低钢的硬度，便于切削加工；消除内应力或冷作硬化，提高塑性以利于继续冷加工；改善或消除毛坯在铸、锻（轧）、焊时所产生的化学或组织不均（如偏析、带状组织和魏氏组织等），提高其工艺性能和使用性能;细化晶粒，提高大批量生产零件的组织均匀性，为最终热处理作好组织准备。三、退火分类

根据加热温度分：在临界温度以上的退火在临界温度以下的退火根据冷却方式分：等温退火连续冷却退火碳钢各种退火和正火工艺规范示意图

四、退火工艺（一）完全退火完全退火是将钢件或钢材加热至Ac3以上20～30℃，保温足够长时间，使组织完全奥氏体化后缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。完全退火主要适用于亚共析钢（wc=0.3%～0.6%），目的是细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度和改善钢的切削加工性。低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。完全退火保温时间与钢材成分、工件厚度、装炉量和装炉方式等因素有关。通常，加热时间以工件有效厚度来计算。对于一般碳素钢或低合金钢工件，当装炉量不大时，在箱式炉中退火的保温时间可按下式计算：=KD（min）式中，D－工件有效厚度（mm）；K－加热系数，一般K=1.5～2.0min/mm。若装炉量过大，则应根据具体情况延长保温时间。实际生产时，为了提高生产率，退火冷却至600℃左右即可出炉空冷。（二）不完全退火不完全退火是将钢加热至Ac1～Ac3（亚共析钢）或Ac1～Accm（过共析钢）之间，经保温后缓慢冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。亚共析钢的不完全退火起到适当细化组织，消除内应力和降低硬度的作用。过共析钢的不完全退火主要是为了获得粒状珠光体组织，以消除内应力，降低硬度，改善切削加工性能，又称为球化退火。（三）球化退火球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的一种热处理工艺。球化退火是不完全退火的一种，加热温度一般为Ac1以上20～30℃，保温2～4h。通常采用炉冷，或在Ar1以下20℃左右进行较长时间等温。球化退火主要用于共析钢、过共析钢以及合金工具钢。球化退火的目的是降低硬度，均匀组织，改善切削加工性，并为淬火作组织准备。a）一次加热球化退火工艺b）等温球化退火工艺c）往复球化退火（周期球化退火）工艺碳素工具钢（T7～T10）的几种球化退火工艺球化退火能获得粒状珠光体的原因：在高温时，珠光体中的渗碳体片和网状渗碳体（特别是其中的最薄部分），会沿着亚晶界和高位错密度的部位逐渐溶解，使渗碳体断裂成形状不一的点状，然后这些点状碳化物为了降低界面能会逐渐球化。球化退火前的冷加工或热加工可以加速随后的球化退火过程，因为这种加工可使渗碳体碎化（形成亚晶界），而多量的亚晶界有利于渗碳体的局部溶解、断裂和球化。（四）扩散退火均匀化退火又称为扩散退火，是将钢锭、铸件或锻坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。均匀化退火的目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。均匀化退火加热温度通常为Ac3或Accm以上150～300℃，具体加热温度视偏析程度和钢种而定。时间一般为10～15h。由于均匀化退火在高温下长时间加热，因此退火后晶粒粗大，可用完全退火或正火来细化晶粒，消除过热缺陷。一般情况下尽量不采用均匀化退火，只是一些优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭才使用这种工艺。（五）去应力退火和再结晶退火为了消除铸件、锻件、焊接件和机械加工工件中的残余内应力，以提高尺寸稳定性，防止工件变形和开裂，在精加工或淬火之前将工件加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺称为去应力退火，也称为低温退火。去应力退火温度低，不改变工件原来的组织。钢的去应力退火加热温度一般为500～650℃，铸铁件为500～550℃，焊接钢件为500～600℃。去应力退火保温时间根据钢件的截面尺寸和装炉量而定，钢的保温时间为3min/mm，铸铁为6min/mm。去应力退火后应尽量缓慢冷却，以免产生新的应力。再结晶退火是把冷变形的金属加热到再结晶温度以上保持适当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残余内应力的热处理工艺。经过再结晶退火后，钢的组织和性能恢复到冷变形前的状态。一般钢材的再结晶退火温度为650～700℃，保温时间为1～3h，通常在空气中冷却。当钢处于临界冷变形量（6%～10%）时，应采用正火或完全退火来代替再结晶退火，以免得到粗大的晶粒。二、正火正火是将加热保温后空冷的工艺。正火比退火冷却速度大。1、正火后的组织：

●

<0.6%C时，组织为F+S；●0.6%C时，组织为S。2、正火的目的⑴对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同。⑵对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。正火温度二、正火目的及工艺正火（normalizing）是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上适当温度，保温以后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。正火过程的实质是完全奥氏体化加伪共析转变。当钢中含碳量为0.6%～1.4%时，正火组织中不出现先共析相，只有伪共析体或索氏体。含碳量小于0.6%的钢，正火后除了伪共析体外，还有少量铁素体。正火比退火冷却速度快，因而正火组织比退火组织细，强度和硬度也比退火组织高。正火的目的和应用1.改善低碳钢的切削加工性能正火可用来细化低碳钢制件的组织，提高硬度和韧性，改善切削加工性能。2.消除碳钢中的热加工缺陷正火可以消除中碳钢铸、锻、轧件和焊接件中的魏氏组织、粗大晶粒和带状组织。3.消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火正火的冷却速度较快，可抑制碳化物沿奥氏体晶界析出，从而达到消除网状碳化物的目的，为球化退火作组织准备。4.提高普通结构件的力学性能正火可以细化晶粒，使组织均匀化，减少亚共析钢中铁素体含量，使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。对于一些性能要求不高的碳钢和合金钢零件，正火可以作为最终热处理。三、退火和正火的选用含碳量wC小于0.25%的低碳钢，通常采用正火代替退火。含碳量wC=0.25%～0.5%的中碳钢也可用正火代替退火。含碳量wC=0.5%～0.75%的钢，一般采用完全退火，以降低硬度、改善切削加工性能。含碳量wC大于0.75%的高碳钢或工具钢一般采用球化退火。如有网状二次渗碳体存在，则应先进行正火以消除网状碳化物。在钢的使用性能和工艺性能能满足的条件下，应尽可能用正火代替退火。工艺目的加热温度组织退火1.调整硬度,便于切削加工。2.细化晶粒,为最终热处理作组织准。亚共析钢Ac3+30~50℃共析钢Ac1+30~50℃过共析钢Ac1+30~50℃F+PPP球正火1.低中碳钢同退火。2.过共析钢：消除网状二次渗碳体。3.普通件最终热处理亚共析钢Ac3+30~50℃共析钢Ac1+30~50℃过共析钢Accm+30~50℃<0.6%C,F+S;≧0.6%C，SSS四、常见退火、正火缺陷1、过热过热是指工件加热温度偏高而使晶粒过度长大，以致力学性能降低的现象。对某些中、高碳钢，过热还常伴随形成魏氏组织，使钢的冲击性能明显降低。一般的晶粒粗大和魏氏组织可通过稍高于Ac3的正火或完全退火来消除。2、硬度偏高中碳钢退火后硬度过高多由于退火冷速过快所致，高碳钢硬度偏高主要是因球化不当造成的，有时硬度偏高也与装炉量过大、炉温不均匀有关。对硬度偏高的工件，可通过重新退火来修正。3、黑斑黑斑多见于高碳钢。当高碳钢加热温度过高（＞1000℃）、保温时间过长或多次返修退火时，均容易使渗碳体转变为石墨，使零件的强度、塑性及表面粗糙度等级明显降低（故也称为“黑脆”）。出现黑斑的工件不能返修，只能报废。4、球化不完全工具钢球化退火常出现球化不完全（仍有部分片状组织）的组织缺陷，可重新进行球化退火。5、网状组织网状渗碳体（过共析钢）或网状铁素体（亚共析钢）会降低钢的力学性能，必须严格控制。网状组织主要是由于加热温度过高、冷速过慢所致，一般可通过正火来消除。6、反常组织退火时，若在Ar1温度附近冷却过慢，或在稍低于Ar1温度长时间停留，在亚共析钢的F先晶界上出现粗大的渗碳体（珠光体也较粗），在过共